JP4562004B2 - Manufacturing method of angular velocity sensor - Google Patents

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Description

本発明は、角速度センサおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to an angular velocity sensor and a manufacturing method thereof.

近年、デジタルカメラやカーナビゲーションシステムなどの情報機器には、画像の手ぶれ防止や車体の位置検知などのために角速度センサが搭載されてきている。角速度センサには、コリオリ力を圧電効果で検出する方式が広く用いられている。最近では、シリコン基板上に、圧電体薄膜を上下の電極で挟んだ駆動部や検知部を設けた角速度センサが開発されている（例えば特許文献１参照）。この角速度センサでは、大気中の水分などが駆動部や検知部に対して悪影響を与え、角速度センサが劣化する場合がある。
特開２００５−２４９３９５号公報 In recent years, information devices such as digital cameras and car navigation systems have been equipped with angular velocity sensors to prevent image blurring and to detect the position of a vehicle body. A method of detecting Coriolis force by a piezoelectric effect is widely used for angular velocity sensors. Recently, an angular velocity sensor has been developed in which a drive unit and a detection unit in which a piezoelectric thin film is sandwiched between upper and lower electrodes are provided on a silicon substrate (see, for example, Patent Document 1). In this angular velocity sensor, moisture in the atmosphere may adversely affect the drive unit and the detection unit, and the angular velocity sensor may deteriorate.
JP 2005-249395 A

本発明の目的は、劣化を抑制することができる角速度センサおよびその製造方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the angular velocity sensor which can suppress deterioration, and its manufacturing method.

本発明に係る角速度センサは、
基体と、
前記基体のうちの少なくとも一部からなる音叉型の振動部と、
前記振動部の屈曲振動を生成する駆動部と、
前記振動部に加わる角速度を検出する検出部と、
前記基体の上方に形成され、前記駆動部および前記検出部に接しない多孔質層と、
前記駆動部および前記検出部と前記多孔質層との間に形成された空洞部と、
前記多孔質層の上方に形成された封止層と、を含み、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有し、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
各前記駆動部は、
前記駆動部の第１電極と、
前記駆動部の第１電極の上方に形成された前記駆動部の圧電体層と、
前記駆動部の圧電体層の上方に形成された前記駆動部の第２電極と、を有し、
前記検出部は、各前記ビーム部の上方であって、１対の前記駆動部の間に１つずつ形成され、
各前記検出部は、
前記検出部の第１電極と、
前記検出部の第１電極の上方に形成された前記検出部の圧電体層と、
前記検出部の圧電体層の上方に形成された前記検出部の第２電極と、を有する。 The angular velocity sensor according to the present invention is:
A substrate;
A tuning-fork type vibration part comprising at least a part of the base;
A drive unit that generates bending vibration of the vibration unit;
A detection unit for detecting an angular velocity applied to the vibration unit;
A porous layer formed above the substrate and not in contact with the drive unit and the detection unit;
A cavity formed between the drive unit and the detection unit and the porous layer;
A sealing layer formed above the porous layer,
The vibrating part is
A support part;
Two beam portions formed in a cantilever shape with the support portion as a base end, and
The drive unit is formed in a pair above each beam unit,
Each said drive part is
A first electrode of the driving unit;
A piezoelectric layer of the driving unit formed above the first electrode of the driving unit;
A second electrode of the drive unit formed above the piezoelectric layer of the drive unit,
The detection unit is formed above each of the beam units and between one pair of the drive units,
Each of the detection units is
A first electrode of the detection unit;
A piezoelectric layer of the detection unit formed above the first electrode of the detection unit;
A second electrode of the detection unit formed above the piezoelectric layer of the detection unit.

本発明に係る角速度センサでは、前記駆動部および前記検出部は、前記多孔質層および前記封止層によって密封された前記空洞部内に設けられ、外気との接触がない。このため、前記駆動部および前記検出部の前記圧電体層の劣化を抑制することができる。その結果、角速度センサの劣化を抑制することができる。   In the angular velocity sensor according to the present invention, the drive unit and the detection unit are provided in the hollow portion sealed by the porous layer and the sealing layer, and do not come into contact with outside air. For this reason, it is possible to suppress the deterioration of the piezoelectric layer of the drive unit and the detection unit. As a result, deterioration of the angular velocity sensor can be suppressed.

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に形成された他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成されているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。   In the description according to the present invention, the word “upward” refers to, for example, “another specific thing (hereinafter referred to as“ B ”) formed“ above ”a specific thing (hereinafter referred to as“ A ”)”. Etc. In the description of the present invention, in the case of this example, there are a case where B is directly formed on A and a case where B is formed on A via another. The word “above” is used as included.

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記基体は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板であることができる。 In the angular velocity sensor according to the present invention,
The substrate may be an SOI (Silicon On Insulator) substrate.

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記多孔質層は、金属酸化物からなることができる。 In the angular velocity sensor according to the present invention,
The porous layer may be made of a metal oxide.

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記多孔質層は、酸化アルミニウムからなることができる。 In the angular velocity sensor according to the present invention,
The porous layer can be made of aluminum oxide.

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記封止層は、窒化シリコンからなることができる。 In the angular velocity sensor according to the present invention,
The sealing layer can be made of silicon nitride.

本発明に係る角速度センサにおいて、
前記空洞部内は、大気圧より小さい圧力であることができる。 In the angular velocity sensor according to the present invention,
The inside of the hollow portion may be at a pressure lower than atmospheric pressure.

本発明に係る角速度センサは、
上述の角速度センサからそれぞれ構成される第１角速度センサおよび第２角速度センサを有し、
前記第１角速度センサは、平面視において、前記第２角速度センサに対して回転した状態で配置されている。 The angular velocity sensor according to the present invention is:
Having a first angular velocity sensor and a second angular velocity sensor, each composed of the angular velocity sensor described above,
The first angular velocity sensor is arranged in a state of rotating with respect to the second angular velocity sensor in plan view.

本発明に係る角速度センサの製造方法は、
基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に駆動部および検出部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして振動部を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして前記振動部の下方に開口部を形成する工程と、
前記駆動部および前記検出部を被覆する犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記犠牲層と反応させて前記犠牲層をガス化して除去する工程と、
前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、を含み、
前記駆動部および前記検出部を形成する工程は、
前記基体の上方に前記駆動部の第１電極および前記検出部の第１電極を形成する工程と、
前記駆動部の第１電極の上方に前記駆動部の圧電体層を形成するとともに、前記検出部の第１電極の上方に前記検出部の圧電体層を形成する工程と、
前記駆動部の圧電体層の上方に前記駆動部の第２電極を形成するとともに、前記検出部の圧電体層の上方に前記検出部の第２電極を形成する工程と、を有し、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有するように形成され、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
前記検出部は、各前記ビーム部の上方であって、１対の前記駆動部の間に１つずつ形成される。 The manufacturing method of the angular velocity sensor according to the present invention is as follows.
Providing a substrate, a base having an insulating layer formed above the substrate, and a semiconductor layer formed above the insulating layer;
Forming a drive unit and a detection unit above the substrate;
Patterning the semiconductor layer to form a vibrating portion;
Patterning the insulating layer to form an opening below the vibrating portion;
Forming a sacrificial layer covering the drive unit and the detection unit;
Forming a porous layer covering the sacrificial layer;
Supplying a gas through the pores of the porous layer and reacting with the sacrificial layer to gasify and remove the sacrificial layer;
Forming a sealing layer covering the porous layer, and
The step of forming the drive unit and the detection unit includes
Forming a first electrode of the drive unit and a first electrode of the detection unit above the base;
Forming a piezoelectric layer of the drive unit above the first electrode of the drive unit, and forming a piezoelectric layer of the detection unit above the first electrode of the detection unit;
Forming the second electrode of the drive unit above the piezoelectric layer of the drive unit, and forming the second electrode of the detection unit above the piezoelectric layer of the detection unit,
The vibrating part is
A support part;
Two beam portions formed in a cantilever shape with the support portion as a base end, and
The drive unit is formed in a pair above each beam unit,
One detection unit is formed above each beam unit and between the pair of driving units.

本発明に係る角速度センサの製造方法において、
前記犠牲層は、レジスト層であり、
前記犠牲層を除去する工程において、前記レジスト層はアッシングにより除去されることができる。 In the manufacturing method of the angular velocity sensor according to the present invention,
The sacrificial layer is a resist layer;
In the step of removing the sacrificial layer, the resist layer may be removed by ashing.

本発明に係る角速度センサの製造方法において、
前記封止層を形成する工程において、前記封止層は、大気圧より低い圧力下で形成されることができる。 In the manufacturing method of the angular velocity sensor according to the present invention,
In the step of forming the sealing layer, the sealing layer may be formed under a pressure lower than atmospheric pressure.

以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

１． まず、本実施形態に係る角速度センサ１００について説明する。図１は、本実施形態に係る角速度センサ１００を概略的に示す平面図であり、図２および図３は、角速度センサ１００を概略的に示す断面図である。なお、図２は、図１のII−II線断面図であり、図３は、図１のIII−III線断面図である。   1. First, the angular velocity sensor 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a plan view schematically showing an angular velocity sensor 100 according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views schematically showing the angular velocity sensor 100. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.

角速度センサ１００は、図１〜図３に示すように、基体１と、振動部１０と、駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）と、検出部３０（３０ａ，３０ｂ）と、多孔質層８０と、空洞部７２と、封止層９０と、を含む。なお、図１の一部では、便宜上、多孔質層８０と封止層９０を透視して描いてある。   As shown in FIGS. 1 to 3, the angular velocity sensor 100 includes a base body 1, a vibration unit 10, a drive unit 20 (20 a to 20 d), a detection unit 30 (30 a and 30 b), a porous layer 80, A cavity 72 and a sealing layer 90 are included. In FIG. 1, for the sake of convenience, the porous layer 80 and the sealing layer 90 are seen through.

基体１は、例えば図２および図３に示すように、基板２と、基板２上に形成された絶縁層３と、絶縁層３上に形成された半導体層４と、を有することができる。基体１としては、例えばＳＯＩ基板などを用いることができる。ＳＯＩ基板としては、例えばＳＩＭＯＸ（silicon implanted oxide）基板や貼り合わせＳＯＩ基板などが挙げられる。例えば、基板２としてシリコン基板、絶縁層３として酸化シリコン層、半導体層４としてシリコン層を用いることができる。半導体層４の厚みは、角速度センサ１００の小型化のためには、２０μｍ以下であることが望ましい。半導体層４内には各種の半導体回路を作り込むことができる。半導体層４としてシリコン層を用いることが、一般的な半導体製造技術を利用できる点で有利である。   For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the base 1 can include a substrate 2, an insulating layer 3 formed on the substrate 2, and a semiconductor layer 4 formed on the insulating layer 3. As the substrate 1, for example, an SOI substrate can be used. Examples of the SOI substrate include a SIMOX (silicon implanted oxide) substrate and a bonded SOI substrate. For example, a silicon substrate can be used as the substrate 2, a silicon oxide layer can be used as the insulating layer 3, and a silicon layer can be used as the semiconductor layer 4. The thickness of the semiconductor layer 4 is desirably 20 μm or less in order to reduce the size of the angular velocity sensor 100. Various semiconductor circuits can be formed in the semiconductor layer 4. The use of a silicon layer as the semiconductor layer 4 is advantageous in that a general semiconductor manufacturing technique can be used.

振動部１０は、基体１のうちの少なくとも一部からなる。振動部１０の平面形状は、図１に示すように音叉型である。振動部１０は、図２および図３に示すように、基体１の絶縁層３の一部を除去して形成された開口部３ａ上に形成されている。振動部１０の周りには、振動部１０の振動を許容する空隙部４ａが形成されている。振動部１０は、支持部１２と、支持部１２を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部１４（１４ａ，１４ｂ）と、を有する。第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂは、長手方向（図１のＸ方向）に平行に所定間隔をおいて配置されている。   The vibration unit 10 is composed of at least a part of the base body 1. The planar shape of the vibration part 10 is a tuning fork type as shown in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the vibrating portion 10 is formed on an opening 3 a formed by removing a part of the insulating layer 3 of the base 1. A gap 4 a that allows vibration of the vibration unit 10 is formed around the vibration unit 10. The vibration part 10 includes a support part 12 and two beam parts 14 (14a, 14b) formed in a cantilever shape with the support part 12 as a base end. The first beam portion 14a and the second beam portion 14b are arranged at a predetermined interval in parallel to the longitudinal direction (X direction in FIG. 1).

支持部１２は、半導体層４の一部からなる第１支持部１２ａと、第１支持部１２ａよりも幅の大きい第２支持部１２ｂと、を有する。第１支持部１２aは、半導体層４の一部からなる固定部４ｂに連続しており、固定部４ｂと第２支持部１２ｂとを接続している。第２支持部１２ｂは、第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂを支持する機能と、これらのビーム部１４ａ，１４ｂの振動を第１支持部１２ａに伝搬させない機能と、を有する。第２支持部１２ｂは、例えば図１に示すように、側部に凹凸形状を有することができる。   The support part 12 includes a first support part 12a made of a part of the semiconductor layer 4, and a second support part 12b having a width wider than the first support part 12a. The first support portion 12a is continuous with the fixed portion 4b formed of a part of the semiconductor layer 4, and connects the fixed portion 4b and the second support portion 12b. The second support portion 12b has a function of supporting the first beam portion 14a and the second beam portion 14b and a function of not propagating vibrations of these beam portions 14a and 14b to the first support portion 12a. For example, as shown in FIG. 1, the second support portion 12 b can have an uneven shape on the side portion.

駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）は、振動部１０の屈曲振動を生成する。駆動部２０は、図１に示すように、第１ビーム部１４ａと第２ビーム部１４ｂの上に１対ずつ形成されている。即ち、第１ビーム部１４ａ上には、第１駆動部２０ａと第２駆動部２０ｂとが、第１ビーム部１４ａの長手方向に沿って、互いに平行に形成されている。同様に、第２ビーム部１４ｂ上には、第３駆動部２０ｃと第４駆動部２０ｄとが、第２ビーム部１４ｂの長手方向に沿って、互いに平行に形成されている。第１ビーム部１４ａの外側に配置された第１駆動部２０ａと、第２ビーム部１４ｂの外側に配置された第３駆動部２０ｃとは、配線（図示せず）により電気的に接続されている。第１ビーム部１４ａの内側に配置された第２駆動部２０ｂと、第２ビーム部１４ｂの内側に配置された第４駆動部２０ｄとは、配線（図示せず）により電気的に接続されている。   The drive unit 20 (20a to 20d) generates bending vibration of the vibration unit 10. As shown in FIG. 1, the drive unit 20 is formed in pairs on the first beam unit 14a and the second beam unit 14b. That is, on the first beam portion 14a, the first drive portion 20a and the second drive portion 20b are formed in parallel to each other along the longitudinal direction of the first beam portion 14a. Similarly, a third drive unit 20c and a fourth drive unit 20d are formed in parallel to each other along the longitudinal direction of the second beam unit 14b on the second beam unit 14b. The first driving unit 20a arranged outside the first beam unit 14a and the third driving unit 20c arranged outside the second beam unit 14b are electrically connected by wiring (not shown). Yes. The second drive unit 20b arranged inside the first beam unit 14a and the fourth drive unit 20d arranged inside the second beam unit 14b are electrically connected by wiring (not shown). Yes.

検出部３０（３０ａ，３０ｂ）は、振動部１０に加わる角速度を検出する。検出部３０は、図１に示すように、第１ビーム部１４ａと第２ビーム部１４ｂの上であって、１対の駆動部の間に１つずつ形成されている。即ち、第１ビーム部１４ａ上には、第１検出部３０ａが、第１ビーム部１４ａの長手方向に沿って形成され、第１駆動部２０ａと第２駆動部２０ｂとの間に配置されている。同様に、第２ビーム部１４ｂ上には、第２検出部３０ｂが、第２ビーム部１４ｂの長手方向に沿って形成され、第３駆動部２０ｃと第４駆動部２０ｄとの間に配置されている。第１検出部３０ａと第２検出部３０ｂとは、角速度信号を検出する検知回路（図示せず）に接続されている。   The detection unit 30 (30a, 30b) detects an angular velocity applied to the vibration unit 10. As shown in FIG. 1, the detection unit 30 is formed on the first beam unit 14 a and the second beam unit 14 b, and is formed one by one between a pair of drive units. That is, the first detection unit 30a is formed on the first beam unit 14a along the longitudinal direction of the first beam unit 14a, and is disposed between the first drive unit 20a and the second drive unit 20b. Yes. Similarly, the second detection unit 30b is formed on the second beam unit 14b along the longitudinal direction of the second beam unit 14b, and is disposed between the third drive unit 20c and the fourth drive unit 20d. ing. The first detection unit 30a and the second detection unit 30b are connected to a detection circuit (not shown) that detects an angular velocity signal.

駆動部２０（２０ａ〜２０ｄ）は、図２に示すように、ビーム部１４ａ，１４ｂの上方に形成された駆動部の第１電極２２と、駆動部の第１電極２２上に形成された駆動部の圧電体層２４と、駆動部の圧電体層２４上に形成された駆動部の第２電極２６と、を有する。駆動部２０は、さらに、ビーム部１４ａ、１４ｂと第１電極２２との間に形成された下地層５を有することができる。   As shown in FIG. 2, the drive unit 20 (20a to 20d) includes a first electrode 22 of the drive unit formed above the beam units 14a and 14b, and a drive formed on the first electrode 22 of the drive unit. And a second electrode 26 of the driving unit formed on the piezoelectric layer 24 of the driving unit. The driving unit 20 can further include an underlayer 5 formed between the beam units 14 a and 14 b and the first electrode 22.

検出部３０（３０ａ，３０ｂ）は、図３に示すように、ビーム部１４ａ，１４ｂの上方に形成された検出部の第１電極３２と、検出部の第１電極３２上に形成された検出部の圧電体層３４と、検出部の圧電体層３４上に形成された検出部の第２電極３６と、を有する。検出部３０は、さらに、ビーム部１４ａ、１４ｂと第１電極３２との間に形成された下地層５を有することができる。   As shown in FIG. 3, the detection unit 30 (30a, 30b) includes a first electrode 32 of the detection unit formed above the beam units 14a, 14b and a detection formed on the first electrode 32 of the detection unit. And a second electrode 36 of the detection unit formed on the piezoelectric layer 34 of the detection unit. The detection unit 30 can further include an underlayer 5 formed between the beam units 14 a and 14 b and the first electrode 32.

下地層５は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）層、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層等の絶縁層である。下地層５は、例えば２層以上の複合層で構成されていても良い。 The underlayer 5 is an insulating layer such as a silicon oxide (SiO 2 ) layer or a silicon nitride (Si 3 N 4 ) layer. The underlayer 5 may be composed of two or more composite layers, for example.

駆動部の第１電極２２および検出部の第１電極３２は、例えばＰｔなどの電極材料からなることができる。第１電極２２，３２の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。   The first electrode 22 of the drive unit and the first electrode 32 of the detection unit can be made of an electrode material such as Pt, for example. The thickness of the first electrodes 22 and 32 may be any thickness that provides a sufficiently low electrical resistance value, and may be, for example, 10 nm or more and 5 μm or less.

駆動部の圧電体層２４および検出部の圧電体層３４は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電材料からなることができる。駆動部の圧電体層２４および検出部の圧電体層３４の厚さは、半導体層４の厚みの１／１０倍以上、等倍以下程度であることが望ましい。この範囲の厚さであることにより、ビーム部１４ａ，１４ｂを十分に振動させる駆動力が確保されることができる。例えば、半導体層４の厚みを１μｍ〜２０μｍとした場合、圧電体層２４，３４の厚さは０．１μｍ〜２０μｍとすることができる。   The piezoelectric layer 24 of the driving unit and the piezoelectric layer 34 of the detecting unit can be made of a piezoelectric material such as lead zirconate titanate (PZT). The thickness of the piezoelectric layer 24 of the drive unit and the piezoelectric layer 34 of the detection unit is preferably about 1/10 times or more and equal to or less than the thickness of the semiconductor layer 4. When the thickness is within this range, it is possible to secure a driving force that sufficiently vibrates the beam portions 14a and 14b. For example, when the thickness of the semiconductor layer 4 is 1 μm to 20 μm, the thickness of the piezoelectric layers 24 and 34 can be 0.1 μm to 20 μm.

駆動部の第２電極２６および検出部の第２電極３６は、例えばＰｔなどの電極材料からなることができる。第２電極２６，３６の厚さは、十分に低い電気抵抗値が得られる厚さであれば良く、例えば１０ｎｍ以上５μｍ以下とすることができる。   The second electrode 26 of the drive unit and the second electrode 36 of the detection unit can be made of an electrode material such as Pt, for example. The thickness of the 2nd electrodes 26 and 36 should just be the thickness from which a sufficiently low electric resistance value is obtained, for example, can be 10 nm or more and 5 micrometers or less.

なお、図示の例では、駆動部２０において、第１電極２２と第２電極２６の間には圧電体層２４のみが存在するが、両電極２２，２６間に圧電体層２４以外の層を有していても良い。同様に、検出部３０において、第１電極３２と第２電極３６の間には圧電体層３４のみが存在するが、両電極３２，３６間に圧電体層３４以外の層を有していても良い。圧電体層２４，３４の膜厚は、共振条件に応じて適宜変更することができる。   In the illustrated example, in the drive unit 20, only the piezoelectric layer 24 exists between the first electrode 22 and the second electrode 26, but a layer other than the piezoelectric layer 24 is provided between the electrodes 22 and 26. You may have. Similarly, in the detection unit 30, only the piezoelectric layer 34 exists between the first electrode 32 and the second electrode 36, but a layer other than the piezoelectric layer 34 is provided between the electrodes 32 and 36. Also good. The film thicknesses of the piezoelectric layers 24 and 34 can be appropriately changed according to the resonance conditions.

本実施形態に係る角速度センサ１００では、第１〜第４駆動部２０ａ〜２０ｄに交流電界を印加することにより、第１，第２ビーム１４ａ，１４ｂをそれぞれ鏡映対称に屈曲振動（第１屈曲振動）させ、音叉振動を実現することができる。そして、第１ビーム部１４ａおよび第２ビーム部１４ｂの間の中心線を軸とした回転の角速度によって発生するコリオリ力により、第１，第２ビーム１４ａ，１４ｂを第１屈曲振動と垂直な方向（Ｚ方向）に屈曲振動（第２屈曲振動）させることができる。従って、第２屈曲振動により生じる検出部３０ａ，３０ｂの電圧を検知回路によって検出することにより、角速度を求めることができる。   In the angular velocity sensor 100 according to the present embodiment, by applying an alternating electric field to the first to fourth driving units 20a to 20d, the first and second beams 14a and 14b are bent and oscillated symmetrically (first bending). Vibration) and tuning fork vibration can be realized. A direction perpendicular to the first bending vibration is caused by the Coriolis force generated by the angular velocity of rotation about the center line between the first beam portion 14a and the second beam portion 14b. Bending vibration (second bending vibration) can be performed in the (Z direction). Therefore, the angular velocity can be obtained by detecting the voltages of the detection units 30a and 30b generated by the second bending vibration by the detection circuit.

多孔質層８０は、図２および図３に示すように、基体１上に形成され、駆動部２０および検出部３０に接していない。多孔質層８０の形状は、後述する犠牲層７０の形状を反映したものとなる。多孔質層８０の内側には、空洞部７２が形成されている。空洞部７２の内側には、駆動部２０および検出部３０が形成されている。即ち、空洞部７２は、駆動部２０および検出部３０と多孔質層８０との間に形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the porous layer 80 is formed on the substrate 1 and is not in contact with the drive unit 20 and the detection unit 30. The shape of the porous layer 80 reflects the shape of the sacrificial layer 70 described later. A cavity 72 is formed inside the porous layer 80. The drive unit 20 and the detection unit 30 are formed inside the cavity 72. That is, the cavity 72 is formed between the drive unit 20 and the detection unit 30 and the porous layer 80.

多孔質層８０は、多数の微細な貫通孔を有している。この貫通孔を通じて気体が移動することができる。多孔質層８０としては、高い機械的強度を有し、単独でその形状が保持されるものが望ましい。多孔質層８０の厚みは、例えば０．２μｍ〜２μｍ程度である。多孔質層８０としては、成膜した際に多孔質となり、かつ高い機械的強度を有する材質のものを用いることができる。多孔質層８０は、酸化物、窒化物、有機物などからなることができる。多孔質層８０は、好ましくは金属酸化物からなり、より好ましくは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる。 The porous layer 80 has a large number of fine through holes. Gas can move through the through hole. As the porous layer 80, it is desirable to have a high mechanical strength and to maintain its shape independently. The thickness of the porous layer 80 is, for example, about 0.2 μm to 2 μm. As the porous layer 80, a material that becomes porous when it is formed and has high mechanical strength can be used. The porous layer 80 can be made of an oxide, nitride, organic material, or the like. The porous layer 80 is preferably made of a metal oxide, more preferably aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

封止層９０は、図２および図３に示すように、多孔質層８０上に形成されている。封止層９０は、多孔質層８０の貫通孔を封止して空洞部７２を気密に保ち、多孔質層８０の機械的強度を補強することができる。後述するが、封止層９０は大気圧よりも低い圧力下で成膜されるため、角速度センサ１００が大気中に置かれた場合、空洞部７２は負圧状態となる。本実施形態の角速度センサ１００によれば、多孔質層８０および封止層９０が高い機械的強度を有するため、空洞部７２が負圧状態でも空洞部７２の形状を保持することできる。封止層９０の厚みは、例えば０．１μｍ〜１．５μｍ程度である。封止層９０は、空洞部７２の気密性を保持できる緻密な物質からなる。封止層９０は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどからなることができる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the sealing layer 90 is formed on the porous layer 80. The sealing layer 90 can seal the through hole of the porous layer 80 to keep the cavity 72 airtight, and can reinforce the mechanical strength of the porous layer 80. As will be described later, since the sealing layer 90 is formed under a pressure lower than the atmospheric pressure, the cavity 72 is in a negative pressure state when the angular velocity sensor 100 is placed in the atmosphere. According to the angular velocity sensor 100 of this embodiment, since the porous layer 80 and the sealing layer 90 have high mechanical strength, the shape of the cavity 72 can be maintained even when the cavity 72 is in a negative pressure state. The thickness of the sealing layer 90 is, for example, about 0.1 μm to 1.5 μm. The sealing layer 90 is made of a dense material that can maintain the airtightness of the cavity 72. The sealing layer 90 can be made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxide, aluminum oxide, or the like.

２． 次に、本実施形態に係る角速度センサ１００の製造方法の一例について図面を参照しながら説明する。図４〜図９は、図１〜図３に示す本実施形態の角速度センサ１００の一製造工程を概略的に示す断面図であり、それぞれ図２に示す断面図に対応している。   2. Next, an example of a method for manufacturing the angular velocity sensor 100 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. 4 to 9 are cross-sectional views schematically showing one manufacturing process of the angular velocity sensor 100 of the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3, and each correspond to the cross-sectional view shown in FIG.

（１）まず、図４に示すように、基板２上に絶縁層３および半導体層４がこの順に配置された基体１を用意する。   (1) First, as shown in FIG. 4, a base 1 in which an insulating layer 3 and a semiconductor layer 4 are arranged in this order on a substrate 2 is prepared.

（２）次に、基体１上に、駆動部２０および検出部３０を形成する。具体的には、基体１上に駆動部２０および検出部３０をそれぞれ構成する下地層５、第１電極２２，３２、圧電体層２４，３４、および第２電極２６，３６を順次形成する。   (2) Next, the drive unit 20 and the detection unit 30 are formed on the substrate 1. Specifically, the base layer 5, the first electrodes 22 and 32, the piezoelectric layers 24 and 34, and the second electrodes 26 and 36 that respectively constitute the drive unit 20 and the detection unit 30 are sequentially formed on the substrate 1.

下地層５は、熱酸化法、ＣＶＤ法、スパッタ法などにより形成される。下地層５は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされ、所望の形状に形成されることができる。   The underlayer 5 is formed by a thermal oxidation method, a CVD method, a sputtering method, or the like. The underlayer 5 can be formed into a desired shape by patterning using, for example, a photolithography technique and an etching technique.

第１電極２２，３２は、蒸着法、スパッタ法などにより形成される。第１電極２２，３２は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされ、所望の形状に形成されることができる。   The first electrodes 22 and 32 are formed by vapor deposition, sputtering, or the like. The first electrodes 22 and 32 can be formed into a desired shape by patterning using, for example, a photolithography technique and an etching technique.

圧電体層２４，３４は、レーザーアブレーション法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより形成される。例えば、レーザーアブレーション法を用いてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層２４，３４を形成する場合には、レーザー光をＰＺＴ用ターゲット、例えばＰｂ１．０５Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８ＮｂＯ３のターゲットに照射する。そして、このターゲットから鉛原子、ジルコニウム原子、チタン原子、および酸素原子をアブレーションによって放出させ、レーザーエネルギーによってプルームを発生させ、このプルームを基体１に向けて照射する。これにより、第１電極２２，３２上にＰＺＴからなる圧電体層２４，３４が成膜される。圧電体層２４，３４は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされ、所望の形状に形成されることができる。 The piezoelectric layers 24 and 34 are formed by a laser ablation method, a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or the like. For example, when the piezoelectric layers 24 and 34 made of lead zirconate titanate (PZT) are formed by laser ablation, a laser beam is used as a target for PZT, for example, Pb 1.05 Zr 0.52 Ti 0. Irradiate a 48 NbO 3 target. Then, lead atoms, zirconium atoms, titanium atoms, and oxygen atoms are released from the target by ablation, a plume is generated by laser energy, and the plume is irradiated toward the substrate 1. Thereby, the piezoelectric layers 24 and 34 made of PZT are formed on the first electrodes 22 and 32. The piezoelectric layers 24 and 34 can be formed into a desired shape by patterning using, for example, a photolithography technique and an etching technique.

第２電極２６，３６は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより形成される。第２電極２６，３６は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされ、所望の形状に形成されることができる。   The second electrodes 26 and 36 are formed by vapor deposition, sputtering, CVD, or the like. The second electrodes 26 and 36 can be formed into a desired shape by patterning using, for example, a photolithography technique and an etching technique.

（３）次に、図５に示すように、基体１の半導体層４を所望の形状にパターニングして振動部１０を形成する。振動部１０は、半導体層４を刳り貫いて空隙部４ａ（図１参照）を形成することにより得られる。半導体層４は、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングされる。エッチング技術としては、ドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。本パターニング工程においては、基体１の絶縁層３をエッチングストッパ層として用いることができる。   (3) Next, as shown in FIG. 5, the vibration layer 10 is formed by patterning the semiconductor layer 4 of the substrate 1 into a desired shape. The vibration part 10 is obtained by penetrating the semiconductor layer 4 to form a gap 4a (see FIG. 1). The semiconductor layer 4 is patterned using a photolithography technique and an etching technique. As an etching technique, a dry etching method or a wet etching method can be used. In this patterning step, the insulating layer 3 of the substrate 1 can be used as an etching stopper layer.

（４）次に、図６に示すように、基体１の絶縁層３をパターニングして振動部１０の下に開口部３ａを形成する。絶縁層３が酸化シリコンからなる場合には、例えばフッ化水素酸を用いたウェットエッチングにより絶縁層３をパターニングすることができる。本パターニング工程では、例えば、基板２および半導体層４をエッチングストッパ層として用いることにより、フォトリソグラフィ技術を用いることなく絶縁層３をパターニングすることができる。   (4) Next, as shown in FIG. 6, the insulating layer 3 of the base 1 is patterned to form an opening 3 a under the vibrating portion 10. When the insulating layer 3 is made of silicon oxide, the insulating layer 3 can be patterned by wet etching using, for example, hydrofluoric acid. In this patterning step, for example, the insulating layer 3 can be patterned without using a photolithography technique by using the substrate 2 and the semiconductor layer 4 as an etching stopper layer.

（５）上述した工程により、空隙部４ａおよび開口部３ａが設けられることで、音叉型の振動部１０に対する機械的拘束力が低減され、振動部１０が十分に振動できるようになる。   (5) By providing the gap 4a and the opening 3a by the above-described steps, the mechanical restraint force on the tuning-fork type vibration unit 10 is reduced, and the vibration unit 10 can sufficiently vibrate.

（６）次に、図７に示すように、駆動部２０および検出部３０を被覆する犠牲層７０を形成する。具体的には、まず、駆動部２０および検出部３０を覆うように、基体１の全面に犠牲層７０を設ける。犠牲層７０は、例えば有機系レジスト材料からなることができる。次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、図７に示すように犠牲層７０をパターニングする。パターニングされた犠牲層７０の形状は、次の工程で形成される多孔質層８０の形状に反映される。従って、多孔質層８０が駆動部２０および検出部３０と接触しないようにするために、犠牲層７０は、駆動部２０および検出部３０が全て埋没するように設けられる。また、犠牲層７０は、図７に示すように、空隙部４ａおよび開口部３ａ（図６参照）を埋め込むことができる。なお、犠牲層７０は、空隙部４ａや開口部３ａを埋め込まなくても良い。   (6) Next, as shown in FIG. 7, a sacrificial layer 70 that covers the drive unit 20 and the detection unit 30 is formed. Specifically, first, a sacrificial layer 70 is provided on the entire surface of the base 1 so as to cover the drive unit 20 and the detection unit 30. The sacrificial layer 70 can be made of, for example, an organic resist material. Next, using a photolithography technique, the sacrificial layer 70 is patterned as shown in FIG. The shape of the patterned sacrificial layer 70 is reflected in the shape of the porous layer 80 formed in the next step. Therefore, in order to prevent the porous layer 80 from coming into contact with the drive unit 20 and the detection unit 30, the sacrificial layer 70 is provided so that the drive unit 20 and the detection unit 30 are all buried. Further, as shown in FIG. 7, the sacrificial layer 70 can embed the gap 4a and the opening 3a (see FIG. 6). Note that the sacrificial layer 70 does not have to fill the gap 4a and the opening 3a.

（７）次に、図８に示すように、犠牲層７０を被覆する多孔質層８０を形成する。多孔質層８０は、犠牲層７０の表面に沿って形成される。多孔質層８０は、例えばＣＶＤ法、スパッタ法などを用いて形成される。例えば、多孔質層８０として酸化アルミニウム層を用いる場合には、多孔質層８０の形成にはＣＶＤ法を用いることが好ましい。この場合には、トリメチルアルミニウムを原料とし、原料の噴き付けを調整し、オゾンを反応炉内に導入し、４００℃以下（例えば２００℃）で熱酸化を繰り返させることにより、好適な多孔質層８０を形成することができる。なお、多孔質層８０の形成方法や形成条件は、多孔質層８０の材料などに応じて適宜変更することができる。   (7) Next, as shown in FIG. 8, a porous layer 80 that covers the sacrificial layer 70 is formed. The porous layer 80 is formed along the surface of the sacrificial layer 70. The porous layer 80 is formed using, for example, a CVD method or a sputtering method. For example, when an aluminum oxide layer is used as the porous layer 80, it is preferable to use a CVD method for forming the porous layer 80. In this case, a suitable porous layer is obtained by using trimethylaluminum as a raw material, adjusting spraying of the raw material, introducing ozone into the reaction furnace, and repeating thermal oxidation at 400 ° C. or lower (eg, 200 ° C.). 80 can be formed. The formation method and formation conditions of the porous layer 80 can be changed as appropriate according to the material of the porous layer 80 and the like.

（８）次に、図９に示すように、多孔質層８０の孔を通じてガス（例えばプラズマ等）を供給し、犠牲層７０と反応させて、犠牲層７０をガス化して除去する。犠牲層７０としてレジスト層を用いる場合には、犠牲層７０の除去は、例えば、酸素プラズマによるアッシングにより行われる。具体的には、まず、チャンバー内に酸素ガスを導入し、酸素ガスを公知の方法によりプラズマ化する。チャンバー内の圧力は、例えば２００Ｐａ〜３００Ｐａ程度である。発生した酸素プラズマ（ガス）は、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、多孔質層８０の内側の犠牲層７０と反応する。その結果生じたガスは、多孔質層８０の貫通孔を通り抜け、外部に放出される。本工程における基板温度としては、例えば２００℃程度、処理時間としては、例えば１０分程度とすることができる。本工程において、犠牲層７０と反応させるガスは、酸素プラズマに限定されず、犠牲層７０を除去できるガスであれば良い。   (8) Next, as shown in FIG. 9, a gas (for example, plasma) is supplied through the pores of the porous layer 80 to react with the sacrificial layer 70, and the sacrificial layer 70 is gasified and removed. When a resist layer is used as the sacrificial layer 70, the sacrificial layer 70 is removed by, for example, ashing using oxygen plasma. Specifically, first, oxygen gas is introduced into the chamber, and the oxygen gas is turned into plasma by a known method. The pressure in the chamber is, for example, about 200 Pa to 300 Pa. The generated oxygen plasma (gas) passes through the through hole of the porous layer 80 and reacts with the sacrificial layer 70 inside the porous layer 80. The resulting gas passes through the through hole of the porous layer 80 and is released to the outside. The substrate temperature in this step can be about 200 ° C., for example, and the processing time can be about 10 minutes, for example. In this step, the gas to be reacted with the sacrificial layer 70 is not limited to oxygen plasma, and any gas that can remove the sacrificial layer 70 may be used.

上述したように犠牲層７０を除去することにより、図９に示すように、多孔質層８０の形状を保持したまま、多孔質層８０の内側に空洞部７２を形成することができる。   By removing the sacrificial layer 70 as described above, the cavity 72 can be formed inside the porous layer 80 while maintaining the shape of the porous layer 80, as shown in FIG.

（９）次に、図１〜図３に示すように、多孔質層８０を被覆する封止層９０を形成する。封止層９０は、多孔質層８０の表面に沿って形成される。封止層９０は、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法などを用いて形成される。封止層９０は、大気圧よりも低い圧力下で成膜される。このため、空洞部７２内は大気圧よりも低い圧力（真空状態）のまま封止される。封止層９０の成膜条件は、封止層９０が空洞部７２の気密性を保持できる緻密性を有するように適宜設定される。なお、本実施形態の製造方法では、例えば、上述した多孔質層８０の形成工程から、この封止層９０の形成工程までを真空装置内で一貫して行うことができる。   (9) Next, as shown in FIGS. 1 to 3, a sealing layer 90 that covers the porous layer 80 is formed. The sealing layer 90 is formed along the surface of the porous layer 80. The sealing layer 90 is formed using, for example, a sputtering method or a CVD method. The sealing layer 90 is formed under a pressure lower than atmospheric pressure. For this reason, the inside of the cavity 72 is sealed with a pressure (vacuum state) lower than the atmospheric pressure. The film forming conditions of the sealing layer 90 are appropriately set so that the sealing layer 90 has a denseness capable of maintaining the airtightness of the cavity 72. In the manufacturing method of the present embodiment, for example, the process from the formation of the porous layer 80 to the formation of the sealing layer 90 can be performed consistently in a vacuum apparatus.

（１０）以上の工程により、図１〜図３に示すように、本実施形態の角速度センサ１００が形成される。   (10) The angular velocity sensor 100 of the present embodiment is formed by the above steps as shown in FIGS.

３． 本実施形態の角速度センサ１００では、駆動部２０および検出部３０は、多孔質層８０および封止層９０によって密封された空洞部７２内に設けられ、外気との接触がない。このため、駆動部２０および検出部３０の圧電体層２４，３４の劣化を抑制することができる。その結果、角速度センサ１００の劣化を抑制することができる。   3. In the angular velocity sensor 100 of the present embodiment, the drive unit 20 and the detection unit 30 are provided in the cavity 72 sealed by the porous layer 80 and the sealing layer 90 and do not come into contact with outside air. For this reason, deterioration of the piezoelectric layers 24 and 34 of the drive unit 20 and the detection unit 30 can be suppressed. As a result, deterioration of the angular velocity sensor 100 can be suppressed.

また、本実施形態の角速度センサ１００では、空洞部７２が減圧状態であり、空洞部７２内には、圧電体層２４，３４に対して悪影響を与える物質（例えば水分など）が少ない。このため、角速度センサ１００の劣化をより一層抑制することができる。   Further, in the angular velocity sensor 100 of the present embodiment, the cavity 72 is in a reduced pressure state, and there are few substances (for example, moisture) that adversely affect the piezoelectric layers 24 and 34 in the cavity 72. For this reason, deterioration of the angular velocity sensor 100 can be further suppressed.

また、本実施形態の角速度センサ１００の製造方法では、駆動部２０および検出部３０を密封するための構造を真空装置内で一貫して形成することができる。このため、その構造の形成工程において、駆動部２０および検出部３０を大気と接触しないようにすることができる。従って、本実施形態の製造方法によれば、駆動部２０および検出部３０の圧電体層２４，３４に対して悪影響を与える物質（例えば水分など）が少ない状況下で角速度センサ１００を製造することができる。   Moreover, in the manufacturing method of the angular velocity sensor 100 of this embodiment, the structure for sealing the drive part 20 and the detection part 30 can be formed consistently within a vacuum device. For this reason, in the formation process of the structure, it is possible to prevent the drive unit 20 and the detection unit 30 from coming into contact with the atmosphere. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, the angular velocity sensor 100 is manufactured under a situation where there are few substances (for example, moisture) that adversely affect the piezoelectric layers 24 and 34 of the drive unit 20 and the detection unit 30. Can do.

また、本実施形態の角速度センサ１００の製造方法によれば、真空装置内で空洞部７２を得ることができるため、他の特別な工程を経なくても空洞部７２を減圧状態にすることができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the angular velocity sensor 100 of this embodiment, since the cavity 72 can be obtained in the vacuum apparatus, the cavity 72 can be in a reduced pressure state without passing through other special steps. it can.

また、本実施形態の角速度センサ１００では、振動部１０は、基体１（例えばＳＯＩ基板）の半導体層４によって構成されるため、振動部１０の厚さを薄くすることができる。これにより、例えば数十ｋＨｚという低い共振周波数で振動部１０を駆動させて角速度を測定する角速度センサ１００において、振動部１０（より具体的にはビーム部１４ａ，１４ｂ）の長さを短くすることができる。即ち、例えば水晶を用いた角速度センサなどに比べて、本実施形態に係る角速度センサ１００を小型化することができる。例えば、３２ｋＨｚ帯の共振周波数を用いる場合には、振動部１０の厚みを２０μｍ以下、振動部１０の長さを２ｍｍ以下、角速度センサ１００のパッケージ長さを３ｍｍ以下とすることができる。なお、３２ｋＨｚ帯の共振周波数とは、例えば１６ｋＨｚ〜６６ｋＨｚの範囲のものである。これは、３２．７６８ｋＨｚ用発振回路に分周回路を付加すると１６．３８４ｋＨｚで駆動でき、３２．７６８ｋＨｚ用発振回路にフェイズロックループを付加すると６５．５３６ｋＨｚで駆動できるためである。   Further, in the angular velocity sensor 100 of the present embodiment, since the vibration unit 10 is configured by the semiconductor layer 4 of the base 1 (for example, an SOI substrate), the thickness of the vibration unit 10 can be reduced. Accordingly, in the angular velocity sensor 100 that measures the angular velocity by driving the vibration unit 10 at a resonance frequency as low as several tens of kHz, for example, the length of the vibration unit 10 (more specifically, the beam portions 14a and 14b) is shortened. Can do. That is, for example, the angular velocity sensor 100 according to the present embodiment can be downsized as compared with an angular velocity sensor using a crystal. For example, when a resonance frequency in the 32 kHz band is used, the thickness of the vibration unit 10 can be 20 μm or less, the length of the vibration unit 10 can be 2 mm or less, and the package length of the angular velocity sensor 100 can be 3 mm or less. The resonance frequency in the 32 kHz band is, for example, in the range of 16 kHz to 66 kHz. This is because if a frequency dividing circuit is added to the 32.768 kHz oscillation circuit, it can be driven at 16.384 kHz, and if a phase lock loop is added to the 32.768 kHz oscillation circuit, it can be driven at 65.536 kHz.

本実施形態に係る角速度センサ１００の具体例としては以下の通りである。例えば、第１電極２２，３２の厚みは０．１μｍ、圧電体層２４，３４の厚みは１μｍ、第２電極２６，３６の厚みは０．１μｍ、駆動部２０および検出部３０の厚みは１．２μｍ、半導体層４の厚みは２μｍ、ビーム部１４ａ、１４ｂのビーム長さは８００μｍ、ビーム幅は４μｍである。振動部１０は、長辺１ｍｍ、短辺１０μｍの空隙部４ａ内に収まっている。この構成の角速度センサ１００について、有限要素法によって運動方程式を解いてシミュレーションすると、屈曲振動の共振周波数は３２ｋＨｚとなった。また、角速度センサ１００の感度をシミュレーションした結果、０．１ｍＶ／ｄｅｇ／ｓｅｃであった。   Specific examples of the angular velocity sensor 100 according to the present embodiment are as follows. For example, the thickness of the first electrodes 22 and 32 is 0.1 μm, the thickness of the piezoelectric layers 24 and 34 is 1 μm, the thickness of the second electrodes 26 and 36 is 0.1 μm, and the thickness of the drive unit 20 and the detection unit 30 is 1. The thickness of the semiconductor layer 4 is 2 μm, the beam lengths of the beam portions 14a and 14b are 800 μm, and the beam width is 4 μm. The vibration part 10 is contained in the gap 4a having a long side of 1 mm and a short side of 10 μm. When the angular velocity sensor 100 having this configuration was simulated by solving the equation of motion by the finite element method, the resonance frequency of the bending vibration was 32 kHz. Moreover, as a result of simulating the sensitivity of the angular velocity sensor 100, it was 0.1 mV / deg / sec.

また、本実施形態の角速度センサ１００では、基体１としてＳＯＩ基板を用いて、絶縁層３上に半導体集積回路と角速度センサ１００を混載して角速度センサモジュールを形成することができる。これにより、モジュールパッケージを小型化することができる。   In the angular velocity sensor 100 according to the present embodiment, an SOI substrate is used as the base 1 and the semiconductor integrated circuit and the angular velocity sensor 100 can be mounted on the insulating layer 3 to form an angular velocity sensor module. Thereby, a module package can be reduced in size.

また、本実施形態の角速度センサ１００では、基体１としてＳＯＩ基板を用いて、絶縁層３上に発振回路と角速度センサ１００を混載することができる。ＳＯＩ基板を用いたデバイスでは、動作電圧を低くすることができるため、本実施形態の角速度センサ１００によれば、低消費電力のワンチップ角速度センサモジュールを提供することができる。   Further, in the angular velocity sensor 100 of the present embodiment, the oscillation circuit and the angular velocity sensor 100 can be mixedly mounted on the insulating layer 3 using an SOI substrate as the base 1. In the device using the SOI substrate, the operating voltage can be lowered. Therefore, according to the angular velocity sensor 100 of this embodiment, a one-chip angular velocity sensor module with low power consumption can be provided.

４． 次に、本実施形態に係る角速度センサの変形例について、図面を参照しながら説明する。なお、上述した図１〜図３に示す角速度センサ１００と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。   4). Next, a modification of the angular velocity sensor according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, a different point from the angular velocity sensor 100 shown in FIGS. 1-3 mentioned above is demonstrated, and description is abbreviate | omitted about the same point.

（１）まず、第１の変形例について説明する。図１０は、本変形例に係る角速度センサを概略的に示す平面図であり、図１１は、本変形例に係る角速度センサを概略的に示す断面図である。なお、図１１は、図１０のXI−XI線断面図である。   (1) First, a first modification will be described. FIG. 10 is a plan view schematically showing an angular velocity sensor according to this modification, and FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the angular velocity sensor according to this modification. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG.

本変形例に係る角速度センサ（２軸角速度センサ）では、１つの基板２上に２つの角速度センサ２００，３００が形成されており、図１０に示すような平面視において、第１角速度センサ２００が第２角速度センサ３００に対して、例えば９０度回転した状態で配置されている。２つの角速度センサ２００，３００のそれぞれは、上述した図１〜図３に示す角速度センサ１００と同様の構成である。本変形例によれば、２つの回転軸の角速度を測定することができる。即ち、図示の例では、第１角速度センサ２００は、ｘ方向に沿った回転軸の角速度を、第２角速度センサ３００は、ｙ方向に沿った回転軸の角速度を測定することができる。なお、第１角速度センサ２００は、所望の方向に沿った回転軸の角速度を測定するために、平面視において、第２角速度センサ３００に対して、所望の角度（例えば３０度〜１５０度）回転した状態で配置されていても良い。   In the angular velocity sensor (biaxial angular velocity sensor) according to this modification, two angular velocity sensors 200 and 300 are formed on one substrate 2, and the first angular velocity sensor 200 is seen in a plan view as shown in FIG. For example, the second angular velocity sensor 300 is arranged in a state rotated by 90 degrees. Each of the two angular velocity sensors 200 and 300 has the same configuration as the angular velocity sensor 100 shown in FIGS. 1 to 3 described above. According to this modification, the angular velocities of the two rotation axes can be measured. That is, in the illustrated example, the first angular velocity sensor 200 can measure the angular velocity of the rotation axis along the x direction, and the second angular velocity sensor 300 can measure the angular velocity of the rotation axis along the y direction. Note that the first angular velocity sensor 200 rotates a desired angle (for example, 30 to 150 degrees) with respect to the second angular velocity sensor 300 in plan view in order to measure the angular velocity of the rotation axis along the desired direction. It may be arranged in the state.

（２）次に、第２の変形例について説明する。図１２は、本変形例に係る角速度センサを概略的に示す平面図であり、図１３は、本変形例に係る角速度センサを概略的に示す断面図である。なお、図１３は、図１２のXIII−XIII線断面図である。   (2) Next, a second modification will be described. FIG. 12 is a plan view schematically showing an angular velocity sensor according to this modification, and FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the angular velocity sensor according to this modification. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.

上述した第１の変形例に係る角速度センサでは、２つの角速度センサ２００，３００におけるそれぞれの駆動部２０および検出部３０が、それぞれの多孔質層８０および封止層９０によって個別に密封されている場合について説明した。しかしながら、本変形例に係る角速度センサ（２軸角速度センサ）では、２つの角速度センサ２００，３００におけるそれぞれの駆動部２０および検出部３０が、１つの多孔質層８０および封止層９０によってまとめて密封されている。即ち、２つの角速度センサ２００，３００における多孔質層８０と封止層９０のそれぞれが、一体的に形成されており、共通化されている。従って、本変形例の角速度センサによれば、多孔質層８０および封止層９０を共通化することができるため、角速度センサをより一層小型化することができる。   In the angular velocity sensor according to the first modification described above, the drive unit 20 and the detection unit 30 in the two angular velocity sensors 200 and 300 are individually sealed by the porous layer 80 and the sealing layer 90, respectively. Explained the case. However, in the angular velocity sensor (biaxial angular velocity sensor) according to the present modification, the driving unit 20 and the detection unit 30 in the two angular velocity sensors 200 and 300 are combined together by one porous layer 80 and a sealing layer 90. Sealed. That is, each of the porous layer 80 and the sealing layer 90 in the two angular velocity sensors 200 and 300 is integrally formed and shared. Therefore, according to the angular velocity sensor of this modification, since the porous layer 80 and the sealing layer 90 can be made common, the angular velocity sensor can be further downsized.

（３）なお、上述した変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。   (3) Note that the above-described modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these.

５． 上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。   5. Although the embodiments of the present invention have been described in detail as described above, those skilled in the art will readily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention.

本実施形態に係る角速度センサを概略的に示す平面図。The top view which shows schematically the angular velocity sensor which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る角速度センサを概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows the angular velocity sensor which concerns on this embodiment schematically. 本実施形態に係る角速度センサを概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows the angular velocity sensor which concerns on this embodiment schematically. 本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the angular velocity sensor of this embodiment. 本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the angular velocity sensor of this embodiment. 本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the angular velocity sensor of this embodiment. 本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the angular velocity sensor of this embodiment. 本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the angular velocity sensor of this embodiment. 本実施形態の角速度センサの一製造工程を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows roughly one manufacturing process of the angular velocity sensor of this embodiment. 本実施形態に係る角速度センサの第１の変形例を概略的に示す平面図。The top view which shows roughly the 1st modification of the angular velocity sensor which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る角速度センサの第１の変形例を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically the 1st modification of the angular velocity sensor which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る角速度センサの第２の変形例を概略的に示す平面図。The top view which shows roughly the 2nd modification of the angular velocity sensor which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る角速度センサの第２の変形例を概略的に示す断面図。Sectional drawing which shows schematically the 2nd modification of the angular velocity sensor which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 基体、２ 基板、３ 絶縁層、４ 半導体層、５ 下地層、１０ 振動部、１２ 支持部、１４ ビーム部、２０ 駆動部、２２ 第１電極、２４ 圧電体層、２６ 第２電極、３０ 検出部、３２ 第１電極、３４ 圧電体層、３６ 第２電極、７０ 犠牲層、７２ 空洞部、８０ 多孔質層、９０ 封止層、１００ 角速度センサ、２００ 第１角速度センサ，３００ 第２角速度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base | substrate, 2 Substrate, 3 Insulating layer, 4 Semiconductor layer, 5 Underlayer, 10 Vibration part, 12 Support part, 14 Beam part, 20 Drive part, 22 1st electrode, 24 Piezoelectric layer, 26 2nd electrode, 30 Detection unit, 32 First electrode, 34 Piezoelectric layer, 36 Second electrode, 70 Sacrificial layer, 72 Cavity, 80 Porous layer, 90 Sealing layer, 100 Angular velocity sensor, 200 First angular velocity sensor, 300 Second angular velocity Sensor

Claims (3)

基板、該基板の上方に形成された絶縁層、および該絶縁層の上方に形成された半導体層を有する基体を用意する工程と、
前記基体の上方に駆動部および検出部を形成する工程と、
前記半導体層をパターニングして振動部を形成する工程と、
前記絶縁層をパターニングして前記振動部の下方に開口部を形成する工程と、
前記駆動部および前記検出部を被覆する犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層を被覆する多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層の孔を通じてガスを供給し、前記犠牲層と反応させて前記犠牲層をガス化して除去する工程と、
前記多孔質層を被覆する封止層を形成する工程と、を含み、
前記多孔質層は、酸化アルミニウムからなり、
前記多孔質層を形成する工程は、４００℃以下の温度で、トリメチルアルミニウムを原料とし、反応炉内にオゾンを導入して行うＣＶＤ法により行われ、
前記駆動部および前記検出部を形成する工程は、
前記基体の上方に前記駆動部の第１電極および前記検出部の第１電極を形成する工程と、
前記駆動部の第１電極の上方に前記駆動部の圧電体層を形成するとともに、前記検出部の第１電極の上方に前記検出部の圧電体層を形成する工程と、
前記駆動部の圧電体層の上方に前記駆動部の第２電極を形成するとともに、前記検出部の圧電体層の上方に前記検出部の第２電極を形成する工程と、を有し、
前記振動部は、
支持部と、
前記支持部を基端として片持ち梁状に形成された二本のビーム部と、を有するように形成され、
前記駆動部は、各前記ビーム部の上方に１対ずつ形成され、
前記検出部は、各前記ビーム部の上方であって、１対の前記駆動部の間に１つずつ形成される、角速度センサの製造方法。 Providing a substrate, a base having an insulating layer formed above the substrate, and a semiconductor layer formed above the insulating layer;
Forming a drive unit and a detection unit above the substrate;
Patterning the semiconductor layer to form a vibrating portion;
Patterning the insulating layer to form an opening below the vibrating portion;
Forming a sacrificial layer covering the drive unit and the detection unit;
Forming a porous layer covering the sacrificial layer;
Supplying a gas through the pores of the porous layer and reacting with the sacrificial layer to gasify and remove the sacrificial layer;
Forming a sealing layer covering the porous layer, and
The porous layer is made of aluminum oxide,
The step of forming the porous layer is performed by a CVD method using trimethylaluminum as a raw material and introducing ozone into a reaction furnace at a temperature of 400 ° C. or lower.
The step of forming the drive unit and the detection unit includes:
Forming a first electrode of the drive unit and a first electrode of the detection unit above the base;
Forming a piezoelectric layer of the drive unit above the first electrode of the drive unit, and forming a piezoelectric layer of the detection unit above the first electrode of the detection unit;
Forming the second electrode of the drive unit above the piezoelectric layer of the drive unit, and forming the second electrode of the detection unit above the piezoelectric layer of the detection unit,
The vibrating part is
A support part;
Two beam portions formed in a cantilever shape with the support portion as a base end, and
The drive unit is formed in a pair above each beam unit,
The said detection part is the manufacturing method of an angular velocity sensor formed above each said beam part and 1 each between a pair of said drive parts. 請求項１において、
前記犠牲層は、レジスト層であり、
前記犠牲層を除去する工程において、前記レジスト層はアッシングにより除去される、
角速度センサの製造方法。 In claim 1,
The sacrificial layer is a resist layer;
In the step of removing the sacrificial layer, the resist layer is removed by ashing.
Manufacturing method of angular velocity sensor. 請求項１または２において、
前記封止層を形成する工程において、前記封止層は、大気圧より低い圧力下で形成される、角速度センサの製造方法。 In claim 1 or 2,
In the step of forming the sealing layer, the sealing layer is formed under a pressure lower than atmospheric pressure.
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